張宇碩 盧憲旺 關(guān)洪武 張衛(wèi)兵 孫寶軍 冀賀蓮 田雅慧 李佳琦 趙大鵬*

(1.天津師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，天津，300387；2.中國天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)管理局，天津，301900；3.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京，210042)

中國自然保護(hù)地類型多樣，按生態(tài)價(jià)值和保護(hù)強(qiáng)度高低依次分為國家公園、自然保護(hù)區(qū)和自然公園三大類[1]。建立以國家公園為主體、自然保護(hù)區(qū)為基礎(chǔ)、各類自然公園為補(bǔ)充的自然保護(hù)地分類系統(tǒng)，是貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想的重大舉措。野生動(dòng)植物本底資源監(jiān)測(cè)調(diào)查和物種編目評(píng)估是自然保護(hù)地體系建立與完善過程中的重要工作內(nèi)容之一[2]。

紅外相機(jī)技術(shù)是紅外觸發(fā)相機(jī)陷阱技術(shù)的簡(jiǎn)稱，是一種無人操作的紅外感應(yīng)設(shè)備[3-4]。紅外相機(jī)技術(shù)以拍攝照片或者視頻的方式來記錄野生動(dòng)物的種類、數(shù)量、行為等基礎(chǔ)信息[5]，具有非損傷、低干擾、持續(xù)24 h工作等特點(diǎn)，較少受到環(huán)境條件和研究人員等限制[6]，特別是對(duì)活動(dòng)隱秘物種能夠進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)[7]。紅外相機(jī)技術(shù)在自然保護(hù)地野生動(dòng)物資源調(diào)查監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用[3，8-9]，可提供野生動(dòng)物的多樣性和動(dòng)態(tài)變化的資料[10]，還可以與不同的數(shù)據(jù)分析方法、模型結(jié)合，解決各種生態(tài)學(xué)問題[11]。

風(fēng)景名勝區(qū)屬于自然保護(hù)地的自然公園類別，在自然保護(hù)地體系中的作用不容忽視[12]。天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)是國家5A級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)，2015年被環(huán)境保護(hù)部列入中國生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域范圍之一。天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)迄今尚未系統(tǒng)開展過野生動(dòng)物資源專項(xiàng)監(jiān)測(cè)調(diào)查。本研究首次應(yīng)用紅外相機(jī)技術(shù)對(duì)天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)開展野生哺乳動(dòng)物和鳥類資源監(jiān)測(cè)，為今后野生動(dòng)物資源保護(hù)與科學(xué)管理提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

盤山舊名無終山、徐無山、盤龍山等。據(jù)《盤山志》記載，自魏武帝曹操開始，歷代多位帝王都曾游覽盤山，其中乾隆皇帝曾先后32次親臨盤山，并感嘆道“早知有盤山，何必下江南！”1984年12月，經(jīng)天津市政府批準(zhǔn)，建立盤山風(fēng)景名勝古跡保護(hù)區(qū)。1994年1月，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，盤山成為國家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)，規(guī)劃總面積110.9 km2。天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)位于燕山山脈南緣、天津市薊州區(qū)城西12 km處，地理位置40°4′45″—40°6′25″N，117°14′40″—117°17′20″E，地勢(shì)北高南低，最高峰掛月峰864.4 m；其氣候?qū)儆谂瘻貛Ъ撅L(fēng)型氣候，四季分明，年降水量800 mm左右；其主要植被類型包括針葉林、闊葉林、針闊混交林等。

2 研究方法

2.1 相機(jī)布設(shè)和數(shù)據(jù)收集

借助地理信息系統(tǒng)，在天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)范圍內(nèi)按照1 km×1 km公里網(wǎng)格布設(shè)法布設(shè)紅外相機(jī)，共選擇40個(gè)網(wǎng)格區(qū)域，網(wǎng)格之間盡量保持連續(xù)形態(tài)，在每個(gè)網(wǎng)格中選擇合適位置布設(shè)1臺(tái)紅外相機(jī)(相機(jī)型號(hào)：BG526)，一共布設(shè)40臺(tái)(圖1)。紅外相機(jī)的布設(shè)位點(diǎn)通常選擇在有野生動(dòng)物出沒痕跡的地點(diǎn)，如獸道、水源地附近。紅外相機(jī)選擇安裝固定于合適的樹干或巖石上，距離地面高度約0.5 m。紅外相機(jī)的基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置包括1 s的拍攝間隔、3張連拍、中度敏感度、全天24 h工作等。紅外相機(jī)監(jiān)測(cè)起止時(shí)間為2019年7月—2020年5月，監(jiān)測(cè)期間平均每3—4個(gè)月更換1次相機(jī)電池和存儲(chǔ)卡。

2.2 數(shù)據(jù)分析

依據(jù)《中國鳥類圖鑒》[13]、《中國獸類野外手冊(cè)》[14]、《中國哺乳動(dòng)物多樣性與地理分布》[15]及《中國鳥類分類與分布名錄》(第3版)[16]來完成紅外照片中哺乳動(dòng)物(Mammalia)與鳥類(Aves)物種的鑒定并對(duì)其居留類型以及區(qū)系組成歸類。由于嚙齒動(dòng)物(Rodentia)個(gè)體較小且主要在夜間活動(dòng)，其個(gè)體特征較難識(shí)別，故統(tǒng)一歸類為小型嚙齒動(dòng)物，不列入物種名錄中。

根據(jù)研究區(qū)域暖溫帶季風(fēng)性氣候的特點(diǎn)，將3—5月劃分為春季，6—8月劃分為夏季，9—11月劃分為秋季，12月—翌年2月劃分為冬季。依據(jù)紅外監(jiān)測(cè)區(qū)域海拔范圍(148—779 m)劃分了4個(gè)海拔梯度類型，分別為0—200、201—400、401—600、601—800 m。采用相對(duì)多度指數(shù)(RAI，量符號(hào)為IRA)、物種相機(jī)位點(diǎn)出現(xiàn)率(TO，量符號(hào)為OT)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)來對(duì)鳥類與哺乳動(dòng)物的多樣性與豐富度進(jìn)行分析。

相對(duì)多度指數(shù)體現(xiàn)研究區(qū)域內(nèi)鳥類和哺乳動(dòng)物的相對(duì)種群數(shù)量，計(jì)算公式[17-18]如下：

IRA=Ai/T×100

式中：Ai代表第i種(i=1，2，…，50)物種的獨(dú)立有效照片數(shù)；T代表相機(jī)總的有效工作日。獨(dú)立有效照片定義為同一相機(jī)位點(diǎn)含相同個(gè)體的相鄰有效照片，且間隔時(shí)間至少為30 min。

物種相機(jī)位點(diǎn)出現(xiàn)率的計(jì)算方式[19]如下：

OT=Ci/S×100

式中：Ci表示某i類物種出現(xiàn)的相機(jī)位點(diǎn)數(shù)；S表示正常工作的相機(jī)位點(diǎn)總數(shù)。

用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分析比較不同區(qū)域的物種多樣性特征[20]，計(jì)算公式如下：

式中：S為物種數(shù)目；H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)；Pi為第i種獸類或鳥類的獨(dú)立有效照片數(shù)占獨(dú)立有效照片總數(shù)的比例。

以每臺(tái)相機(jī)位點(diǎn)作為一個(gè)獨(dú)立樣本，通過計(jì)算其各自物種多樣性指數(shù)的平均值來代表不同季節(jié)時(shí)段、不同海拔區(qū)段的物種分布特點(diǎn)[21]。應(yīng)用SPSS 20.0軟件中Kruskall-Wallis 檢驗(yàn)、Friedman檢驗(yàn)和Wilcoxon檢驗(yàn)分析Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的季節(jié)與海拔差異，顯著差異水平α=0.05。

3 結(jié)果與分析

3.1 物種種類

有效監(jiān)測(cè)日為11 886 d，可確定野生動(dòng)物的獨(dú)立有效照片有2 936張，共鑒定出哺乳動(dòng)物5目8科13屬13種和鳥類6目16科30屬37種(表1)?；诩t外監(jiān)測(cè)下物種數(shù)量累計(jì)曲線(圖2)可以發(fā)現(xiàn)，在最初60個(gè)工作日內(nèi)，哺乳動(dòng)物的物種數(shù)增長(zhǎng)快于鳥類，哺乳動(dòng)物在約65個(gè)工作日后保持平整，鳥類物種數(shù)在之后繼續(xù)緩慢增長(zhǎng)，直至約200個(gè)工作日后保持平穩(wěn)。

由表1可見，關(guān)于哺乳動(dòng)物物種，在物種組成方面以食肉目(Carnivora)為主(46.15%)，在區(qū)系組成方面以古北界物種為主(53.85%)；在物種保護(hù)級(jí)別方面，以國家“三有”動(dòng)物為主(84.62%)，國家二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生物種2種(15.38%)，列入世界自然保護(hù)聯(lián)盟(IUCN)紅色名錄“LC”等級(jí)的物種12種(92.31%)，列入IUCN紅色名錄“VU”等級(jí)的物種1種(7.69%)，列入《瀕危野生動(dòng)植物種國際貿(mào)易公約》(CITES)附錄Ⅱ、附錄Ⅲ的分別為1、2種，各占7.69%和15.38%)；在物種豐富度方面，位居前3位的是松鼠(Sciurusvulgaris，IRA=3.47)、蒙古兔(Lepustolai，IRA=3.28)和巖松鼠(Sciurotamiasdavidianus，IRA=3.23)。

關(guān)于鳥類物種(表1)，在物種組成方面以雀形目(Passeriformes)為主(81.08%)；在區(qū)系組成方面以廣布種為主(51.35%)，在居留類型方面，以留鳥物種為主(45.95%)；在物種保護(hù)級(jí)別方面，以國家“三有”動(dòng)物為主(89.19%)，國家二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)物種3種(8.10%)，全部被列入IUCN紅色名錄“LC”等級(jí)，列入CITES中附錄Ⅱ和附錄Ⅲ的物種各1種(2.70%)；在物種豐富度方面，位居前3位的是紅嘴藍(lán)鵲(Urocissaerythroryncha，IRA=1.98)、山噪鹛(Garrulaxdavidi，IRA=1.51)和環(huán)頸雉(Phasianuscolchicus，IRA=1.14)。

表1 天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)哺乳動(dòng)物和鳥類多樣性與豐富度

續(xù)表1

續(xù)表1

3.2 海拔和季節(jié)差異

應(yīng)用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)分析哺乳動(dòng)物和鳥類全年及各季節(jié)不同海拔區(qū)段間的物種多樣性指數(shù)(表2)發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物不存在顯著差異；鳥類夏季和全年存在顯著差異。Friedman檢驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物和鳥類的物種多樣性指數(shù)均存在顯著季節(jié)差異(哺乳動(dòng)物：χ2=25.487，df=3，P<0.000 1；鳥類：χ2=31.811，df=3，P<0.000 1)?；赪ilcoxon檢驗(yàn)對(duì)哺乳動(dòng)物兩兩季節(jié)間的比較分析發(fā)現(xiàn)，秋季物種多樣性指數(shù)極顯著高于其他3季，夏季物種多樣性指數(shù)顯著高于春季；對(duì)鳥類兩兩季節(jié)間的比較分析發(fā)現(xiàn)，秋、冬季物種多樣性指數(shù)極顯著高于春、夏季。

表2 天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)全年及不同季節(jié)各海拔區(qū)段物種多樣性指數(shù)

4 結(jié)論與討論

天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)自建立以來，一直缺少野生動(dòng)物多樣性方面的專業(yè)基礎(chǔ)資源信息，本次的紅外監(jiān)測(cè)初步反映了盤山風(fēng)景名勝區(qū)內(nèi)哺乳動(dòng)物與地棲性鳥類物種多樣性的本底水平，其物種多樣性與天津八仙山、北京霧靈山等相鄰地區(qū)部分自然保護(hù)地[22-23]基本一致。本研究監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的哺乳動(dòng)物主要是嚙齒目和食肉目物種，主要為中小型哺乳動(dòng)物，相對(duì)多度指數(shù)位居前3位的是松鼠(IRA=3.47)、蒙古兔(IRA=3.28)和巖松鼠(IRA=3.23)，未監(jiān)測(cè)到大型食肉動(dòng)物。天津薊州區(qū)歷史上有大型哺乳動(dòng)物華北豹(Pantherapardusjaponensis)的活動(dòng)記錄，本次監(jiān)測(cè)在天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)內(nèi)沒有拍攝到其活動(dòng)軌跡，一方面很可能與人為干擾活動(dòng)有關(guān)，另一方面也可能與監(jiān)測(cè)范圍有關(guān)，未能完全覆蓋物種活動(dòng)的核心范圍[24]。大型食肉動(dòng)物的缺失會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成一定的影響[25-26]。目前天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)內(nèi)沒有大型哺乳動(dòng)物活動(dòng)，其生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性相對(duì)較弱，這種情況下豹貓(Prionailurusbengalensis)等中型食肉動(dòng)物成為生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵物種，因此建議今后在紅外相機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上綜合多種傳統(tǒng)調(diào)查方法(例如：樣線法)，進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)中小型哺乳動(dòng)物物種多樣性及其生態(tài)活動(dòng)規(guī)律，以便對(duì)生態(tài)資源保護(hù)提供及時(shí)的、科學(xué)的參考依據(jù)[27-29]。

本研究監(jiān)測(cè)共發(fā)現(xiàn)37種鳥類，包括1種天津鳥類物種新記錄——畫眉(Garrulaxcanorus)。但考慮到景區(qū)范圍附近有人工飼養(yǎng)畫眉，因此紅外監(jiān)測(cè)拍攝到的畫眉物種不能完全排除逃逸種的可能性，有待今后持續(xù)監(jiān)測(cè)以待進(jìn)一步確定。本研究中鳥類物種相對(duì)多度指數(shù)方面，位居前3位的是紅嘴藍(lán)鵲(IRA=1.98)、山噪鹛(IRA=1.51)、環(huán)頸雉(IRA=1.14)，基本都為地面活動(dòng)為主或體型相對(duì)較大的物種，而對(duì)于個(gè)體小、飛行速度快且活動(dòng)區(qū)域不在地面的鳥類監(jiān)測(cè)相對(duì)較少。建議在今后的監(jiān)測(cè)研究中進(jìn)一步調(diào)整相機(jī)靈敏度，結(jié)合樣線調(diào)查等多種方法，同時(shí)兼顧地面活動(dòng)、林冠層活動(dòng)各類鳥類的不同生活習(xí)性[30]。此外，在使用公里網(wǎng)格法基礎(chǔ)上，增加公頃網(wǎng)格法，在常有鳥類出沒的區(qū)域使用公頃網(wǎng)格法，提高紅外相機(jī)布設(shè)的密度[11]，從而獲取更為全面的鳥類多樣性資源數(shù)據(jù)信息[31]。

綜上所述，本研究首次應(yīng)用紅外相機(jī)技術(shù)對(duì)天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)開展野生哺乳動(dòng)物和鳥類資源監(jiān)測(cè)，該監(jiān)測(cè)成果可為今后天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)的野生動(dòng)物資源保護(hù)以及天津自然保護(hù)地體系的綜合管理提供科學(xué)依據(jù)；與此同時(shí)，監(jiān)測(cè)結(jié)果也可以在天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)的生態(tài)旅游和科普宣教方面發(fā)揮積極作用。

致謝：天津盤山風(fēng)景名勝區(qū)管理局工作人員在野外監(jiān)測(cè)過程中給予了大力支持，天津師范大學(xué)野生動(dòng)物資源保護(hù)研究團(tuán)隊(duì)多位同學(xué)協(xié)助鑒定紅外相機(jī)影像資料，在此一并感謝。